Os pesquisadores descobriram uma solução alternativa surpreendentemente versátil para criar compostos químicos que poderiam ser úteis para imagens médicas e desenvolvimento de medicamentos.

O mecanismo químico, descoberto por cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) e da UC Berkeley, também pode ampliar nossa compreensão dos processos básicos de reação química envolvendo ajudantes comuns, chamados catalisadores, como cobre e ouro.

Química inesperada

Enquanto estudava as reações químicas de uma molécula contendo ouro, a equipe de pesquisa descobriu um mecanismo químico que pode ser usado para formar compostos trifluorometil (CF3) e anexá-los a outros compostos químicos.

Sua descoberta pode ajudar na síntese de novos "radiotraçadores" - compostos químicos que contêm uma forma radioativa, ou isótopo, de um elemento - para uso com um não invasivo, tecnologia de imagem médica 3-D de alta resolução conhecida como varredura PET (tomografia por emissão de pósitrons).

As empresas farmacêuticas têm demonstrado um interesse crescente em incorporar compostos CF3 - que contêm carbono e flúor - em uma variedade de produtos farmacêuticos. Esses compostos podem tornar os medicamentos mais seletivos, eficaz, ou potente. O antidepressivo Prozac, Droga para HIV Sustiva, e o antiinflamatório Celebrex estão entre os exemplos de medicamentos contendo compostos CF3.

Portanto, ao testar a absorção biológica de drogas que incorporam compostos CF3, é útil incorporar flúor-18 (18F), um isótopo radioativo de flúor no composto CF3 como uma espécie de marcador ou "marcador" que pode ser detectado por scanners PET.

Criação de 'rastreadores' para exames PET

"Esta pesquisa nos permite fazer novas classes de traçadores radioativos que eram muito difíceis, ou mesmo impossível, preparar previamente, "disse Mark D. Levin, que atuou como o autor principal do estudo, publicado em Ciência . Ele participou do estudo como estudante de graduação da UC Berkeley, trabalhando como pesquisador afiliado no Biomedical Isotope Facility do Berkeley Lab.

"Esses grupos CF3 são conhecidos há muito tempo como bênçãos da química medicinal, mas eram tradicionalmente muito difíceis de instalar, "acrescentou." Desenvolvemos uma técnica química, com base em uma nova descoberta na química do ouro, que nos permite anexar um átomo de flúor radioativo a uma classe específica de molécula que antes era difícil de fazer, "Levin disse.

Existem cerca de 2, 500 scanners PET em hospitais em todos os EUA que, juntos, realizam cerca de 2 milhões de varreduras por ano. PETs são comumente usados ​​para detectar, mapa, e monitorar cânceres internos. Eles também podem produzir imagens detalhadas do cérebro e de outros órgãos, ajudar os desenvolvedores de drogas a rastrear as vias biológicas, concentração, e (compreender melhor?) a dispersão de novas drogas em estudos com animais, entre outros usos.

A equipe de pesquisa aproveitou o mecanismo para incorporar flúor-18 em compostos CF3 que eles criaram. O flúor-18 é um traçador popular para revelar cânceres e outros alvos biológicos em exames de PET. Outros pesquisadores do Berkeley Lab's Chemical Sciences Division e Biomedical Isotope Facility, e no Departamento de Química da UC Berkeley também participaram do estudo.

Flourine-18 tem meia-vida de cerca de 110 minutos, o que significa que sua produção radioativa é reduzida à metade a cada 110 minutos, e os processos químicos que o incorporam como um rótulo devem ser projetados para anexá-lo rapidamente aos compostos de interesse.

A descoberta leva a equipe à máquina de produção de isótopos

No trabalho no campus da UC Berkeley, Levin e outros pesquisadores estavam perseguindo um processo químico para produzir um composto contendo flúor chamado hexafluoroetano, usado para gravar silício para chips de computador, associado a uma molécula contendo ouro. Neste esforço, eles alistaram um composto contendo boro.

Inesperadamente, eles descobriram um mecanismo pelo qual o composto de boro atua sobre um composto CF3 para produzir um fragmento CF2 associado ao catalisador de ouro. Este fragmento, eles observaram, pode então ligar-se a outros compostos químicos e, em uma próxima etapa, formar um novo composto contendo CF3.

Eles descrevem no Ciência artigo como eles manipularam este mecanismo para derivar compostos de drogas, incluindo leflunomida, um medicamento usado para reduzir o inchaço e a inflamação no tratamento da artrite reumatóide, por exemplo, e também um analgésico conhecido como BAY 59-3074.

"Quando tivemos o primeiro indício de que nosso novo mecanismo poderia ser útil para o desenvolvimento de traçadores radioativos, começamos a olhar para o Berkeley Lab e sua instalação de isótopos biomédicos, que foi realmente central para este trabalho, "Levin disse.

Berkeley Lab, considerada o berço da medicina nuclear por seu trabalho pioneiro na descoberta e aplicação de isótopos radioativos para uso médico, mantém um tipo de acelerador conhecido como ciclotron que produz os isótopos radioativos de curta duração usados ​​para fazer os compostos para estudos médicos e outras pesquisas.

Jim O'Neil, um cientista da equipe do Berkeley Lab que é líder do grupo para o Laboratório de Isótopos Biomédicos, trabalhou com Levin e outros membros da equipe de pesquisa para dar-lhes mais informações sobre o mecanismo químico que envolve os compostos CF3.

“Eles viram uma aplicação de seu trabalho para drogas radioativas, "O'Neil disse.

"O campo farmacêutico e o campo da medicina diagnóstica têm sido muito limitados na obtenção de compostos que foram marcados com CF3 radioativo e, ainda assim, existem muitos medicamentos que contêm esses grupos CF3. Nós produzimos o isótopo (flúor-18) para eles e forneceu as instalações e treinamento para a colaboração, " ele adicionou.

Levin disse que a equipe de pesquisa aprendeu como incorporar os átomos marcadores de flúor-18 no mecanismo químico usado para criar novos compostos.

Uma chamada para candidatos a drogas

"Acreditamos que esses compostos de ouro serão uma plataforma poderosa para preparar novos rastreadores, e estamos trabalhando para melhorar o sistema e identificar promessas, alvos de drogas clinicamente relevantes, " ele disse.

"Idealmente, faríamos parceria com um grupo que tem um alvo biológico específico ou candidato a medicamento de interesse que contém um CF3, "e trabalhar para adaptar o complexo de ouro que sua equipe usou no estudo mais recente para a aplicação específica, ele adicionou. Então, a equipe poderia trabalhar para desenvolver um traçador radioativo incorporando esse composto.

"Também, o novo mecanismo pode lançar luz sobre problemas mais amplos "na química, ele disse, fornecendo uma compreensão mais profunda dos processos de reação fundamentais para ouro e outros catalisadores.